一文了解气流粉碎表面改性一体化粉体制备

气流粉碎是利用高速气流或过热蒸汽的能量对固体物料进行超细粉碎，而表面改性是根据应用需要有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质，实践表明，在气流粉碎的同时对颗粒进行表面改性，可获得具有良好改性效果的粉体材料，即所谓的气流粉碎-表面改性一体化技术。

1、气流粉碎-表面改性一体化技术的机理

气流粉碎-表面改性一体化技术是将原来的气流粉碎、表面改性两步走的工艺结合在一起，其作用机理如下：

（1）气流粉碎机的高湍流作用

由于高速对心碰撞气流的冲击和气体膨胀产生高湍流作用，使粉碎室内颗粒间产生剧烈的碰撞，含改性剂的雾化微粒的气流与物料颗粒得以充分的接触以及结合能的转移使改性剂包覆在颗粒表面成为可能。

（2）机械力化学作用

在气流粉碎的过程中，机械能一方面产生破碎、细化、微细化等直观变化；与此同时，施加于物料的机械能，除部分用于颗粒细化外，还有一部分储存在颗粒内部，引起颗粒的表面结构、表面成分、表面性质、内部晶格缺陷、非晶质化、游离基生成、电荷不平衡等系列变化，使颗粒表面的化学活性增强，从而不需要加热也能发生一些化学反应。

机械力化学效应在粉碎过程中如果不能被及时加以利用，则颗粒表面的化学活性会被空气中的水分子或其他粒子所钝化，因此，在超细粉碎的同时进行改性可以有效地利用机械力化学效应，促进改性剂与颗粒表面发生化学反应，提高改性效果。

2、气流粉碎-表面改性一体化技术的工艺流程

表面改性剂可以在粉体粉碎前的预处理时加入或在粉碎的过程中通过风送系统或加料器喷洒加入，加入的位置有粉碎区、分级区和收集系统等，可根据需要选择合适的加入方式。

按照改性剂加入方式的不同，一体化工艺又可分为以下两种工艺：

（1）干混-粉碎改性工艺

首先在一定的温度下，将物料与改性剂在混合设备中混合均匀，然后直接加入气流粉碎机中粉碎，其主要工艺参数为粉碎压力、进料速度、分级速度和改性剂用量、改性温度等。

该工艺操作简单，条件易于控制，在研究中比较常见。气流粉碎机仍作为粉碎设备使用，一般为间歇操作。

（2）气流粉碎改性工艺

气流粉碎改性工艺是将改性剂直接喷入气流粉碎机中，与粉碎室中的粉碎颗粒直接接触，达到表面改性的目的。需要一个改性剂添加装置，一般情况下，此装置以压缩空气为气源，通过喷嘴将改性剂雾化喷入粉碎室，完成对粉体颗粒的改性。

与干混—粉碎改性工艺相比，该工艺具有流程简单，可以实现连续操作。

3、气流粉碎-表面改性一体化技术的特点

（1）气流粉碎与包覆相结合，实现颗粒粉碎、改性与混合一体化，可减少固定资产投入，降低能耗，降低生产成本；

（2）在超细粉碎的同时完成表面改性，可有效克服超细粉碎与表面改性两种单元操作单独完成时，改性剂与物料表面亲和性差、附着作用弱且不均匀的缺点。

（3）利用超细粉碎过程中机械力化学效应对颗粒表面的激活作用，使新鲜表面和高活性点大量出现，从而增强颗粒表面的反应活性，使物料与改性剂的反应能力增强。

4、气流粉碎-表面改性一体化技术应用案例

目前，气流粉碎-表面改性一体化技术已在滑石粉、碳酸钙、高岭土、硅灰石、酞箐染料、氧化锌、氧化铝、钛白粉等功能粉体制备领域有所研究或应用。

（1）滑石粉

叶菁等用异丙基酞酸酯（NDZ-）对滑石进行改性气流粉碎，改性粉碎后超细滑石粉的粒度为：d50=2.55μm，d97=7.11μm，且超细滑石粉对水的接触角明显提高，即疏水性增强，红外光谱分析表明：改性剂NDZ-已通过化学吸附的方式包覆在滑石颗粒表面。

（2）碳酸钙

蔡楚江等采用气流粉碎-表面改性一体化技术处理碳酸钙，在气流粉碎的同时进行表面改性处理，可提高重质碳酸钙粉体的出料速度，选择最佳的粉碎与改性参数后，重质碳酸钙的粉碎出料速率提高了%，并与液体石蜡具有良好的相容性。

（3）纳米氧化锌

张治军等利用气流粉碎-表面改性一体化技术对纳米氧化锌粉体进行了表面改性研究，结果表明，改性后粉体的二次粒径明显减小，解团聚效果明显，产品具有良好的疏水性和亲油性，在有机介质中的分散性显著提高。

（4）碳化硅

吴芸等采用气流粉碎-表面改性一体化技术制备碳化硅颗粒，当使用A-硅烷偶联剂作为改性剂时，选择粉碎气流温度为60℃，改性剂用量为0.5%，碳化硅的出料速度最快，相比无改性剂时提高了19%，且改性效果良好。

与预混合改性、粉碎后在输送管道内改性和收集后改性相比，粉碎过程中同时改性，其出料速度较快，且能获得与有机高分子材料有较好相容性的碳化硅颗粒，同时也简化了粉碎与表面改性的加工工艺。

（5）二氧化硅

蔡楚江等研究了二氧化硅颗粒在气流粉碎与表面改性处理一体化过程中改性剂种类及改性剂用量对二氧化硅颗粒表面性质的影响，实验结果表明，当改性剂为KH-，用量为0.48%时，二氧化硅颗粒的粉碎出料速度提高了2%；选用硅烷偶联剂A-和KH-，在提高二氧化硅颗粒的出料速度同时，还可以获得与有机基体有良好相容性的二氧化硅颗粒。

（6）硅灰石

刘新海等以硅烷对硅灰石进行气流粉碎-表面改性一体化处理，该工艺不但保持产品具有高的长径比，偶联剂和表面活性剂的加入同时起到助磨作用，气流粉碎系统处理量提高1.5倍以上，硅烷改性超细硅灰石粉体产品的平均长径为31.62m，平均短径为2.00m，长径/短径高达15.81。

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